第一章

我不准备全面介绍生命科学，我只想说生命科学是年轻人和年纪大的人都能做，比如我虽然年纪大一点，但我回国不是为了退休，我准备继续做研究；同时，生命科学是聪明的人和一般的人都能做的，而且都有可能做得很好，大概有50%的重要工作是聪明人做出来的，50%的重要工作是一般人做出来的。

我今天讲的是特例，需要动脑筋的生物学。在一般人的印象里，包括大多数现在做生命科学的人，认为生命科学不需要动很多脑筋，特别是生命科学的结论和很多获诺贝尔经济学奖的结论是很相似的，也就是非常浅显易懂。生命科学的很多结论确实不难理解，但是它们是怎么提出、又怎么证明的，有一部分研究过程是很难的。

我今天讲的故事里面有两个主人公：一个是天才、一个是伯乐。我希望用他们两个人的故事和他们做的事情，一方面讲述一个年轻人如何决定人生的方向、如何做科学研究；另一方面讲掌握资源的人，要有能力识才、爱才，支持年轻人、支持有才华的人、甚至支持性格有缺陷的人。

我总结了一下第一个人，这几句排比句，是我写的：他为了智力的追求而不惜放弃天伦之乐；他在学术群体之外，做出了科学的核心发现；他用数学分析生物，成功地进行了学科交叉；他10年做了一系列实验，用一篇论文开创了一个学科。他是孤独的天才，因为他自己在当时的科学界是孤立的，他提出的理论是不为大家接受的；甚至在他去世几十年后，这个领域里面才出现了第二个最伟大的科学家，但这第二个最伟大的科学家也不理解他。他发现的理论很简单，绝大多数在座的人都知道这个理论，因为浅显，致使很多人都没有意识到他的工作的智力高度。而他自己不是为了利益在做科学，可是不仅在生前不被理解，在他死后还经常有人打他的“假”，每过几年就有一个聪明人起来打他的“假”，说他哪个地方造了“假”。

我要说明一下，我讲这两个人的故事，不是依据其他的中文研究书籍讲的，我不仅有信心比其他中文文献都准确，还有信心比绝大多数的英文书籍都准确。我查了一些文献，发现好些英文书籍和文章都有乱说的成分。

第一部分是“孤独的天才”，他是一个自称物理学家的人。这个人其实大家都知道，就是孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822—1884）。我要讲一个观点：我认为生物学有两次智力高峰，第一次是1865年孟德尔独立的工作；第二次是弗朗西斯•克里克和他不同的合作者，孟德尔和克里克碰巧相隔100年。

我觉得今天重新读孟德尔的论文、追寻他的研究思路很有意义。因为他在世的时候不出名，所以他死后留存的东西很少，但对于我们了解他的生物学思想来说，反映他的学术思想的主要论文还是保存下来了。他的第一篇主要的遗传学论文写得非常精彩，他的第二篇遗传学论文，是说第一篇不够全面。他另外还写过10封信给一个科学家，留下来了。他除了生物学的文章以外，还发表过气象、水文等方面的论文，但那些并不是传世之作。

在孟德尔以前，没有对于遗传的科学认识，即科学家和街上走的普通人的认识是一样的，有一个不成文的、没有论证的理论叫做混合遗传学说，简单地说，如果父本是黑的，母本是白的，两个加起来，子代就变成灰的。这个看上去很浅显易懂，很容易接受，所以谁都没去证明过。孟德尔没有用这种不证自明的理论，他锲而不舍地做了10年的实验，进行了科学研究，然后宣读并发表了论文。他自我认同是德国人，发表论文用的是德文，刊载于当地的自然科学学会的会志，他的论文题目是《植物杂交的实验》。这篇原文多次被译为英文，1996年那一版翻译得最准确，但对科学没太大意义，1900年代英国人翻译的版本，当时对科学界起到了很大的作用，大家读的多是那个版本。

孟德尔的文章一共有11个部分，你顺着他的文章读下去，就可以体会到他是怎么做研究的，他是怎么发现重要问题并提出解决问题的途径的，他是怎么设计实验、进行实验并得到结果的，他通过分析结果，提出了理论，接下来又通过进一步的实验得到更多的结果，最后推广理论、证明理论，是非常清晰的一条路。他的论文很像现代人写的论文，这个意思是说，达尔文那些人写的论文，现在看过去觉得慢半拍、嫌罗唆，孟德尔的论文不是这样的，他写的论文很像现代人写的，非常清晰。

在引言部分，孟德尔说前面有人做过杂交，然后他又说，“问题是没有人成功地提出过杂交形成过程中普遍适用的规律”。孟德尔认为要考虑到几个方面，首先是规模要大，要对不同型的杂交后代进行定量分析，要准确知道不同型之间的关系，而且要知道不同型相对的数量关系。他最后说，“要得到普遍适用的规律，需要花相当大的力气做大量实验，这是唯一正确的路，才能解决我前面提出的问题”。他说，“本文就是仔细研究的结果”。

孟德尔所说的八年实验，是指他收集论文数据所用的八年。其实在此前，他已经做了两年实验，以选择最佳实验材料，所以实际上，在发表论文以前他进行了十年实验。十年实验后，又隔两年才发表论文，论文发表后，他还用其他植物做过几年研究。

怎么选择合适的生物体进行实验？他说怎么选以及选什么东西非常重要，生物学是这样，可能一些其他学科也是一样，当你选择的对象有问题的时候，你最后可能做不出来，太复杂了或者是当时还有很多其他原因在技术上解决不了。他说：“任何实验的价值和用处取决于所用材料是否符合其目的，所以选什么植物和怎么做实验并非不重要，必须特别小心地选择植物，从开始就避免获得有疑问的结果。”

孟德尔认为做这个实验所要选的植物要符合三个条件：第一，具有恒定的分化特征，恒定的意思有两层，一层是在不同代之间，他能明白地看到；第二层其实当时没有说出来，我们现在反过来知道，他是用纯合体做的实验，起点是纯合体。第二，在进行杂交的时候不会受到外来花粉的污染，让A植物跟B植物杂交，不能是风吹来了、或者鸟啄来了C植物的花粉造成污染。第三，每一代杂交后代生殖力不能变。

后人发现他很可能考虑过二十多种植物。他自己在文章中说，他选择豆科（Leguminosae）是因为豆科的花的形状比较特别。他用的是豌豆（Pisum），但是他不很肯定具体用的哪种豌豆，我们后面会讲，为什么他对植物分类没有把握，他说，大多数“专家”认为是Pisum sativum，不过他明确指出分类对其研究并不重要。他在1854年、1855年一共试验了34种不同的豌豆，最后才确定了他最后做的主要一种和其他几种。

用豌豆做杂交有一个好处，就是自花授粉和异花授粉都可以，可以比较好地控制这个实验。遗传实验那时不能用人作为研究对象，因为无法规定谁跟谁交配，不好控制，但用豌豆做，它可以自花授粉又可以异花授粉，很好掌握。他跟别人学的授粉技术。实验的工具很简单，就是小镊子、小毛刷子。

在确定了用什么材料做实验之后，下一步是研究的分工和安排，他选了种子的形状、种子的颜色、茎的高度等7类性状，对应这7类性状，他设计了7个实验，分别跟踪这7类性状。他说了实验一做了6代、实验二做了多少代，等等，我算了一下，他至少做了17610次授粉。

性状的选择很重要，因为我们大家都知道，多数的人和父母都有一点相像，但不完全一样，譬如不能从父母那里完全精确地预计孩子的身高是多少，实际上这两年我们才知道，与身高相关的基因至少有40个，而40个基因常见的对人身高有影响的变异将近200种。另外身高还和环境因素有关，是否在一定年龄吃饱了等。所以，你如果选择这种性状做实验是很难的。